SNS 约瑟夫森结中暗物质轴子的可能共振效应

暗物质轴子可在特殊类型的约瑟夫森结（即所谓的 SNS 结）中产生奇特效应。可以证明，约瑟夫森环境中的轴子场方程允许存在非常小的振荡超电流，这表现为 I-V 曲线上的微小波动，即所谓的 Shapiro 台阶，其频率由轴子质量给定。该效应非常微小，但在现代纳米技术器件中完全可以测量。在本文中，我将总结相关理论，然后提供证据表明此类候选 Shapiro 台阶确实在几项独立的凝聚态实验中被观测到。假设观测到的微小 Shapiro 台阶是由轴子流引起的，那么这些数据指向的轴子质量为 $(106 \pm 6)\mu$eV，这与 QCD 轴子的预期一致。除了上述在 GHz 区域频率处的小 Shapiro 共振效应外，人们还预期在更低频率处看到宽带噪声效应。总体而言，这种方法为未来设计新型轴子暗物质探测器提供了一条新途径。本文总结的共振约瑟夫森数据与“普通”轴子一致，其耦合常数 $f_a=\sqrt{v_{EW}m_{Pl}}=5.48 \cdot 10^{10}$GeV 由电弱对称性破缺能标 $v_{EW}$ 和普朗克质量 $m_{Pl}$ 的几何平均值给出。